无机及分析化学宣贵达课后答案

?rH?m(2)= [?484.5+166.4] kJ?mol?1= ?318.1 kJ?mol?1

CH3COOH(l) + O2(g) ? 2CO2 + 2H2O(l)

?rH?m(3)= [2?(?285.83)+2?(?393.5)+484.5] kJ?mol?1= ?874.2kJ?mol?1 ?rH?m(总)= ?rH?m(1)+ ?rH?m(2)+ ?rH?m(3)

= [?174.5 ?318.1?874.2] kJ?mol?1= ?1366.8kJ?mol?1

8． 计算下列反应在298.15K的?rH?m，?rS?m和?rG?m，并判断哪些反应能自发向右进行。

(1) 2CO(g)+O2(g)?2CO2(g) (3) Fe2O3(s)+3CO(g)?2Fe(s)+3CO2(g)

(2) 4NH3(g)+5O2(g)?4NO(g)+6H2O(g) (4) 2SO2(g)+O2(g) ?2SO3(g)

解：(1) ?rH?m= [2?(?393.509) ?2?(?110.525)] kJ?mol?1 = ?565.968 kJ?mol?1

?rS?m= [2?213.74 ?2?197.674 ? 205.138] J?mol?1?K?1 = ?173.01 J?mol?1?K?1 ?rG?m= [2?(?394.359) ?2?(?137.168)] kJ?mol?1 = ?514.382kJ?mol?1

(2) ?rH?m= [4?90.25+ 6?(?241.818) ? 4?(?46.11)] kJ?mol?1 = ?905.47 kJ?mol?1

?rS?m= [4?210.761+6?188.825?4?192.45 ? 5?205.138] J?mol?1?K?1

=180.50 J?mol?1?K?1

?rG?m= [4?86.55+6?(?228.575) ?4?(?16.45)] kJ?mol?1 = ?959.45kJ?mol?1

(3) ?rH?m= [3?(?393.509) ?3?(?110.525) ?(?824.2)] kJ?mol?1 = ?24.8 kJ?mol?1

?rS?m=[2?27.28+3?213.74?3?197.674 ? 87.4]J?mol?1?K?1 =15.4 J?mol?1?K?1 ?rG?m= [3?(?394.359) ?3?(?137.168) ?(?742.2)] kJ?mol?1 = ?29.6kJ?mol?1

(4) ?rH?m= [2?(?395.72) ?2?(?296.830)] kJ?mol?1 = ?197.78kJ?mol?1

?rS?m= [2?256.76 ?2?248.22 ? 205.138] J?mol?1?K?1 = ?188.06J?mol?1?K?1 ?rG?m= [2?(?371.06) ?2?(?300.194)] kJ?mol?1 = ?141.73kJ?mol?1

?rG?m均小于零，反应均为自发反应。

9． 由软锰矿二氧化锰制备金属锰可采取下列两种方法：

(1) MnO2(s) + 2H2(g) ? Mn(s) + 2H2O(g)； (2) MnO2(s) + 2C(s) ? Mn(s) + 2CO(g)；

上述两个反应在25℃，100 kPa下是否能自发进行？如果考虑工作温度愈低愈好的话，则制备锰采用哪一种方法比较好？

解： ?rG?m(1)=[2?(?228.575) ?(?466.14)] kJ?mol?1 = 8.99 kJ?mol?1

?rG?m(2) =[2?(?137.168) ?(?466.14)] kJ?mol?1 = 191.80kJ?mol?1 两反应在标准状态、298.15K均不能自发进行；

计算欲使其自发进行的温度：

?rH?m(1)=[2?(?241.818) ? (?520.03)]kJ?mol?1 =36.39 kJ?mol?1

?rS?m(1)=[2?(188.825)+32.01 ?2?130.684?53.05]J?mol?1?K?1 =95.24 J?mol?1?K?1

?rH?m(1) ? T1?rS?m(1)= 0

T1= 36.39 kJ?mol?1/95.24?10?3kJ?mol?1?K?1=382.1K

?rH?m(2)=[2?(?110.525) ? (?520.03)]kJ?mol?1 =298.98 kJ?mol?1

?rS?m(2)=[2?(197.674)+32.01 ?2?5.740?53.05]J?mol?1?K?1 =362.28 J?mol?1?K?1

?rH?m(2) ? T1?rS?m(2)= 0

T2= 298.98 kJ?mol?1/362.28?10?3kJ?mol?1?K?1=825.27K

T1 < T2

故反应(1)更合适，可在较低温度下使其自发进行，能耗较低。 10．定性判断下列反应的?rS?m是大于零还是小于零：

(1) Zn(s) + 2HCl(aq) ? ZnCl2(aq) + H2(g) (2) CaCO3(s) ? CaO(s) + CO2(g)

(3) NH3(g) + HCl(g) ? NH4Cl(s) (4)CuO(s) + H2(g) ? Cu(s) + H2O(l) 解： 反应(1)、(2) 均有气体产生，为气体分子数增加的反应，? r S?m?0；

反应(3)、(4) 气体反应后分别生成固体与液体，? r S?m?0 。

11．计算25℃100kPa下反应CaCO3(s)?CaO(s)+CO2(g)的?rH?m和? r S?m并判断：

(1) 上述反应能否自发进行？ (2) 对上述反应，是升高温度有利？还是降低温度有利？

(3) 计算使上述反应自发进行的温度条件。 解：(1) ?rH?m= [?393.509?635.09+1206.92] kJ?mol?1

=178.32kJ?mol?1

?rS?m=[213.74+39.75?92.9] J?mol?1?K?1

=160.6J?mol?1?K?1

?rG?m=[178.32?298.15?160.6?10?3] kJ?mol?1

=130.4kJ?mol?1? 0 反应不能自发进行；

(2) ?rH?m?0，? r S?m?0，升高温度对反应有利，有利于?rG?m<0。 (3) 自发反应的条件为 T ??rH?m/? r S?m

= [178.32/160.6?10?3]K =1110K

12．糖在人体中的新陈代谢过程如下：

C12H22O11(s) + 12O2(g) ? 12CO2(g) + 11H2O(l)

若反应的吉布斯函数变?rG?m有30%能转化为有用功，则一匙糖(?3.8g)在体温37℃时

进行新陈代谢，可得多少有用功？（已知C12H22O11的?fH?m= ?2222kJ?mol?1 S?m=360.2J?mol?1?K?1)

解： C12H22O11(s) + 12O2(g) ? 12CO2(g) + 11H2O(l)

?fH?m/kJ?mol?1 ?2222 0 ?393.509 ?285.830 S?m/J?mol?1?K?1 360.2 205.138 213.74 69.91

?rH?m=[11?(?285.830)+12?(?393.509) ?( ?2222)] kJ?mol?1

= ?5644kJ?mol?1

?rS?m=[11?69.91+12?213.74?12?205.138?360.2] J?mol?1?K?1

=512.0 J?mol?1?K?1 ?rG?m=?rH?m?T?rS?m

= ?5644kJ?mol?1?310.15K?512.03?10?3kJ?mol?1?K?1 = ?5803kJ?mol?1

? = ?nB/?B=[0?n(C12H22O11)]/?(C12H22O11) = ?(3.8g/342g?mol?1)/(?1) =1.11?10?2mol W有用功=30%?rG?

=30%?rG?m??

=30%?(?5803kJ?mol?1) ? 1.11?10?2mol

= ?19kJ 负号表示系统对环境做功。

13．写出下列各化学反应的平衡常数K?表达式:

(1) CaCO3(s) CaO(s) + CO2(g) (2) 2SO2(g) + O2(g) 2SO3(g) (3) C(s) + H2O(g) CO(g) + H2(g) (4) AgCl(s) Ag?(aq) + Cl?(aq) (5) HAc(aq) H+(aq) + Ac?(aq) (6) SiO2(s)+6HF(aq)H2[SiF6](aq)+2H2O(l) (7) Hb(aq)(血红蛋白) + O2(g)HbO2(aq)(氧合血红蛋白)

(8) 2MnO4?(aq) + 5SO32?(aq) + 6H?(aq)

B2Mn2?(aq) + 5SO42?(aq) + 3H2O(l)

解：(1) K? =?(pB/ p?)?B= p(CO2)/p? (2) K? = (p(SO3)/p?)2?(p(O2)/p?)?1?(p(SO2) /p?)?2 (3) K? = (p(CO)/p?)?(p(H2)/p?)?(p(H2O)/p?)?1 (4) K? = (c(Ag+)/c?)?(c(Cl?)/c?)

(5) K? = (c(H+)/c?)?(c(Ac?)/c?)?(c(HAc)/c?)?1 (6) K? = (c(H2[SiF6])/c?)?(c(HF)/c?)?6

(7) K? = (c(HbO2)/c?)?(c(Hb)/c?)?1?(p(O2)/p?)?1

(8) K?=(c(Mn2+)/c?)2?(c(SO42?)/c?)5?(c(MnO4?)/c?)?2?(c(SO32?)/c?)?5?(c(H+)/c?)?6 14．已知下列化学反应在298.15K时的平衡常数：

(1) CuO(s) + H2(g) Cu(s) + H2O (g)；K?1 = 2?1015 (2) 1/2O2(g) + H2(g) H2O(g)； K?2 = 5?1022 计算反应 CuO(s)Cu(s) + 1/2O2(g) 的平衡常数K? 解：反应(1) ? (2)为所求反应，根据多重平衡规则：

K?= K?1/ K?2=2?1015/5?1022= 4?10?8

15．已知下列反应在298.15K的平衡常数：

(1) SnO2(s) + 2H2(g) 2H2O(g) + Sn(s)； K?1 = 21 (2 ) H2O(g) + CO (g) H2(g) + CO2(g)； K?2 = 0.034 计算反应 2CO(g) + SnO2(s) Sn(s) + 2CO2 (g) 在298.15K时的平衡常数K? 解：反应 (1) +2?(2)为所求反应：

K?= K?1 ? (K?2)2 =21?0.0342 =2.4?10?2 16．密闭容器中反应 2NO(g) + O2(g) 2NO2(g) 在1500K条件下达到平衡。若始态

p(NO) =150kPa，p(O2) = 450kPa，p(NO2) = 0；平衡时p(NO2) = 25kPa。试计算平衡时p(NO)，p(O2)的分压及标准平衡常数K?。 解：V、T不变，p ? n，各平衡分压为：

p(NO) =150?25=125kPa ； p(O2) =450?25/2=437.5kPa

K? = (p(NO2)/p?)2(p(NO)/ p?)?2(p(O2)/ p?)?1

= (25/100) 2(125/100) ?2(437.5/100) ?1 =9.1?10?3

17．密闭容器中的反应 CO(g) + H2O(g) CO2(g) + H2(g) 在750K时其K? = 2.6，求：

(1)当原料气中H2O(g)和CO(g)的物质的量之比为1?1时，CO(g)的转化率为多少？ (2)当原料气中H2O(g)?CO(g)为4?1时，CO(g)的转化率为多少？说明什么问题？ 解：(1) V、T不变 CO(g) + H2O(g) CO2(g) + H2(g)

起始n/mol 1 1 0 0

平衡n/mol 1?x 1?x x x ?n=2(1?x)+2x=2

平衡分压 1?xp总 1?xp总 xp总 xp总

2222K? = (p(H2)/p?) (p(CO2)/ p?) (p(H2O)/ p?)?1 (p(CO)/ p?)?1

2.6 = (x)2 (1?x)?2

22x=0.62

?(CO)= 62%

(2) V、T不变 CO(g) + H2O(g)

CO2(g) + H2(g)

起始n/mol 1 4 0 0

平衡n/mol 1?x 4?x x x ?n=1?x+4?x +2x=5 平衡分压

1?x4?xxxp总 p总 p总 p总 5555K? = (p(H2)/p?)(p(CO2)/p?)(p(H2O)/p?)?1(p(CO)/p?)?1

2.6 = (x/5)2[(1?x)/5]?1[(4?x)/5]?1

x=0.90

?(CO)= 90%

H2O(g)浓度增大，CO(g)转化率增大，利用廉价的H2O(g)，使CO(g)反应完全。

18．在317K，反应 N2O4(g) 2NO2(g) 的平衡常数K? = 1.00。分别计算当系统总压

为400kPa和800kPa时N2O4(g)的平衡转化率，并解释计算结果。 解： N2O4(g) 2NO2(g)

起始n/mol 1 0 平衡n/mol 1?x 2x

平衡相对分压

1?x?400 2x?400 1?x1001?x1008.00x?/4.00(1?x)?1.00 ???1?x?1?x?x = 0.243

2?(N2O4) = 24.3%

16.0x?/8.00(1?x)?1.00

当总压为800kPa时 ???1?x?1?x?x = 0.174

2?(N2O4)= 17.4%

增大压力，平衡向气体分子数减少的方向移动，?(N2O4)下降。

19．在2033 K和3000 K的温度条件下混和等摩尔的N2和O2，发生如下反应：

N2(g) + O2(g) 2NO(g)

平衡混合物中NO的体积百分数分别是0.80%和4.5%。计算两种温度下反应的K?，并

判断该反应是吸热反应还是放热反应。 解： K?=(p(NO)/p?)2(p(O2)/p?)?1(p(N2)/p?)?1

体积分数等于摩尔分数 Vi/V=ni/n=xi pi= xi p

K?2033K=0.00802[(1?0.0080)/2]?2

=2.6?10?4

K?3000K=0.0452[(1?0.045)/2]?2

=8.9?10?3

T升高，K?增大，该反应为吸热反应。

20．已知尿素CO(NH2)2的?fG?m= ?197.15kJ?mol?1，求尿素的合成反应

2NH3(g) + CO2(g) H2O(g) + CO(NH2)2(s)

在298.15K时的?rG?m和K? 解： ?rG?m=[?197.15?228.575+394.359+2?16.45]kJ?mol?1=1.53kJ?mol?1

lgK? = ??rG?m/(2.303RT) = ?1.53?103/(2.303?8.314?298.15)= ?0.268

K? =0.540